कैसे काम करता है नैनोरोबोट?

इस सिस्टम की डिज़ाइन जानबूझकर सरल और बेहद अनुकूलनीय रखी गई है:

• मॉड्यूलर डिज़ाइन: दो अलग-अलग, फिर से कॉन्फ़िगर होने वाले मॉड्यूल—एक चुंबकीय प्रणोदन इकाई और एक पेलोड कैप्सूल ।
• DNA-आधारित 'मॉलिक्यूलर वेल्क्रो': प्रत्येक मॉड्यूल पर पूरक DNA स्ट्रैंड होते हैं। जब ये मिलते हैं, तो स्ट्रैंड आपस में बंध जाते हैं और मॉड्यूल को एक कार्यात्मक नैनोरोबोट में जोड़ देते हैं। इस बंधन को तोड़ा भी जा सकता है, जिससे मॉड्यूल को वापस पाया जा सकता है ।
• चुंबकीय प्रणोदन: प्रणोदन मॉड्यूल चुंबकीय है, जो बाहरी नियंत्रण की सुविधा देता है। एक चुंबकीय क्षेत्र रोबोट को ट्यूमर जैसे लक्ष्य तक ले जा सकता है और बाद में उसे वापस ला सकता है ।
• पेलोड कैप्सूल: इस कैप्सूल में चार नैनो-स्केल पॉलिमर वेसिकल्स (छोटी थैलियाँ) होती हैं, जिनमें एंजाइम भरे होते हैं। सब्सट्रेट छोटे छिद्रों के माध्यम से अंदर जाते हैं, एंजाइम उन्हें सक्रिय उत्पादों में बदलते हैं, और ये उत्पाद स्थानीय रूप से रिलीज़ होते हैं। वेसिकल्स को चुनिंदा रूप से खोलकर जैव-सक्रिय यौगिक भी छोड़े जा सकते हैं ।
• डॉकिंग क्षमता: पेलोड कैप्सूल पर अतिरिक्त बायोमोलिक्यूल्स नैनोरोबोट को विशिष्ट कोशिका सतहों या सामग्रियों से जुड़ने में मदद करते हैं ।

HeLa कोशिका परीक्षण के नतीजे

शोधकर्ताओं ने अपने नैनोरोबोट का परीक्षण HeLa कैंसर कोशिकाओं पर किया, जो कैंसर अनुसंधान में व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली मानव कोशिका रेखा है:

• नैनोरोबोट्स HeLa कोशिकाओं की सतह पर जमा हो गए, जिसकी पुष्टि फ्लोरोसेंट लेबलिंग से हुई ।
• जब उनमें एक एंटी-कैंसर दवा बनाने वाले एंजाइम लगाए गए, तो 72 घंटों के भीतर HeLa कोशिकाओं की जीवनक्षमता घटकर सिर्फ़ 16% रह गई—यानी 84% कैंसर कोशिकाएं मर गईं ।
• यह प्रभावशीलता पूरे शरीर में दवा पहुँचाने के बजाय सीधे कोशिका की सतह पर केंद्रित स्थानीय दवा उत्पादन से आती है ।

व्यापक अनुप्रयोग और अगले कदम

मॉड्यूलर डिज़ाइन का मतलब है कि यह प्लेटफ़ॉर्म सिर्फ़ कैंसर थेरेपी तक सीमित नहीं है। पेलोड कैप्सूल को बदलकर, इसी नैनोरोबोट को पूरी तरह से अलग-अलग भूमिकाओं के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है:

• लक्षित दवा: ट्यूमर या रोगग्रस्त ऊतकों तक सीधे चिकित्सीय एजेंट पहुँचाना। चुंबकीय मॉड्यूल इसे वापस लाने और दोबारा इस्तेमाल करने में सक्षम बनाता है ।
• औद्योगिक कैटेलिसिस: कैप्सूल को अलग-अलग एंजाइमों से भरकर मैन्युफैक्चरिंग में ऑन-डिमांड कैटेलिटिक रिएक्शन किए जा सकते हैं ।
• पर्यावरणीय उपचार: इसके संभावित उपयोगों में जल शोधन और प्रदूषकों को तोड़ना शामिल है ।
• रीयूजेबिलिटी: मॉड्यूल को अलग किया जा सकता है, पेलोड कैप्सूल को फिर से भरा जा सकता है, और मॉड्यूल को दोबारा जोड़ा जा सकता है—यह सब करते हुए चुंबकीय प्रणोदन इकाई को वापस लाकर दोबारा इस्तेमाल किया जा सकता है ।
• मानव उपयोग: मनुष्यों में इसके उपयोग का लक्ष्य अभी दूर है, लेकिन प्लेटफ़ॉर्म को इस तरह डिज़ाइन किया गया है कि पेलोड कैप्सूल को बदलकर इसे आसानी से विभिन्न क्षेत्रों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है ।

यह शोध Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079) में प्रकाशित हुआ है। इसे National Center of Competence in Research – Molecular Systems Engineering और Swiss Nanoscience Institute के सहयोग से, Heidelberg University के साथ मिलकर किया गया ।

कैसे काम करता है नैनोरोबोट?

इस सिस्टम की डिज़ाइन जानबूझकर सरल और बेहद अनुकूलनीय रखी गई है:

• मॉड्यूलर डिज़ाइन: दो अलग-अलग, फिर से कॉन्फ़िगर होने वाले मॉड्यूल—एक चुंबकीय प्रणोदन इकाई और एक पेलोड कैप्सूल ।
• DNA-आधारित 'मॉलिक्यूलर वेल्क्रो': प्रत्येक मॉड्यूल पर पूरक DNA स्ट्रैंड होते हैं। जब ये मिलते हैं, तो स्ट्रैंड आपस में बंध जाते हैं और मॉड्यूल को एक कार्यात्मक नैनोरोबोट में जोड़ देते हैं। इस बंधन को तोड़ा भी जा सकता है, जिससे मॉड्यूल को वापस पाया जा सकता है ।
• चुंबकीय प्रणोदन: प्रणोदन मॉड्यूल चुंबकीय है, जो बाहरी नियंत्रण की सुविधा देता है। एक चुंबकीय क्षेत्र रोबोट को ट्यूमर जैसे लक्ष्य तक ले जा सकता है और बाद में उसे वापस ला सकता है ।
• पेलोड कैप्सूल: इस कैप्सूल में चार नैनो-स्केल पॉलिमर वेसिकल्स (छोटी थैलियाँ) होती हैं, जिनमें एंजाइम भरे होते हैं। सब्सट्रेट छोटे छिद्रों के माध्यम से अंदर जाते हैं, एंजाइम उन्हें सक्रिय उत्पादों में बदलते हैं, और ये उत्पाद स्थानीय रूप से रिलीज़ होते हैं। वेसिकल्स को चुनिंदा रूप से खोलकर जैव-सक्रिय यौगिक भी छोड़े जा सकते हैं ।
• डॉकिंग क्षमता: पेलोड कैप्सूल पर अतिरिक्त बायोमोलिक्यूल्स नैनोरोबोट को विशिष्ट कोशिका सतहों या सामग्रियों से जुड़ने में मदद करते हैं ।

HeLa कोशिका परीक्षण के नतीजे

शोधकर्ताओं ने अपने नैनोरोबोट का परीक्षण HeLa कैंसर कोशिकाओं पर किया, जो कैंसर अनुसंधान में व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली मानव कोशिका रेखा है:

• नैनोरोबोट्स HeLa कोशिकाओं की सतह पर जमा हो गए, जिसकी पुष्टि फ्लोरोसेंट लेबलिंग से हुई ।
• जब उनमें एक एंटी-कैंसर दवा बनाने वाले एंजाइम लगाए गए, तो 72 घंटों के भीतर HeLa कोशिकाओं की जीवनक्षमता घटकर सिर्फ़ 16% रह गई—यानी 84% कैंसर कोशिकाएं मर गईं ।
• यह प्रभावशीलता पूरे शरीर में दवा पहुँचाने के बजाय सीधे कोशिका की सतह पर केंद्रित स्थानीय दवा उत्पादन से आती है ।

व्यापक अनुप्रयोग और अगले कदम

मॉड्यूलर डिज़ाइन का मतलब है कि यह प्लेटफ़ॉर्म सिर्फ़ कैंसर थेरेपी तक सीमित नहीं है। पेलोड कैप्सूल को बदलकर, इसी नैनोरोबोट को पूरी तरह से अलग-अलग भूमिकाओं के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है:

• लक्षित दवा: ट्यूमर या रोगग्रस्त ऊतकों तक सीधे चिकित्सीय एजेंट पहुँचाना। चुंबकीय मॉड्यूल इसे वापस लाने और दोबारा इस्तेमाल करने में सक्षम बनाता है ।
• औद्योगिक कैटेलिसिस: कैप्सूल को अलग-अलग एंजाइमों से भरकर मैन्युफैक्चरिंग में ऑन-डिमांड कैटेलिटिक रिएक्शन किए जा सकते हैं ।
• पर्यावरणीय उपचार: इसके संभावित उपयोगों में जल शोधन और प्रदूषकों को तोड़ना शामिल है ।
• रीयूजेबिलिटी: मॉड्यूल को अलग किया जा सकता है, पेलोड कैप्सूल को फिर से भरा जा सकता है, और मॉड्यूल को दोबारा जोड़ा जा सकता है—यह सब करते हुए चुंबकीय प्रणोदन इकाई को वापस लाकर दोबारा इस्तेमाल किया जा सकता है ।
• मानव उपयोग: मनुष्यों में इसके उपयोग का लक्ष्य अभी दूर है, लेकिन प्लेटफ़ॉर्म को इस तरह डिज़ाइन किया गया है कि पेलोड कैप्सूल को बदलकर इसे आसानी से विभिन्न क्षेत्रों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है ।

यह शोध Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079) में प्रकाशित हुआ है। इसे National Center of Competence in Research – Molecular Systems Engineering और Swiss Nanoscience Institute के सहयोग से, Heidelberg University के साथ मिलकर किया गया ।